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原文传递考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置及方法

专利名称：	考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置及方法
摘要：	考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置及方法，属于土力学中土压力测试技术。所述土压力测试装置包括钢板桩挡墙、模型槽、角度控制装置和土压力监测采集装置；钢板桩挡墙包括四个钢板桩、两根可转动细杆和三根固定细杆，四个钢板桩分别为钢板桩一、钢板桩二、钢板桩三和钢板桩四，钢板桩一、钢板桩二、钢板桩三和钢板桩四通过锁扣结构顺次连接，形成挡土墙，钢板桩一和钢板桩四各通过一根固定细杆固定在所述模型槽的侧壁内，位于模型槽侧壁内的两根固定细杆的顶部各安装一个角度控制装置；角度控制装置包括旋转盘和连接绳；土压力监测采集装置包括频率计和四个土压力传感器，每个钢板桩的挡土侧各安装一个土压力传感器。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	赵伏田;王贺;刘军;张福海;杨晓科;单鹏;刘明清;肖治民;周浩;孙磊
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910297312.6
公开号：	CN110082190A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	张惠忠
分类号：	G01N3/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	211100 江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号
主权项：	1.考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述土压力测试装置包括钢板桩挡墙、模型槽、角度控制装置和土压力监测采集装置；钢板桩挡墙包括四个钢板桩、两根可转动细杆和三根固定细杆，每个钢板桩的两个侧面均设有锁扣结构，四个钢板桩分别为钢板桩一、钢板桩二、钢板桩三和钢板桩四，钢板桩一、钢板桩二、钢板桩三和钢板桩四通过所述锁扣结构顺次连接，形成挡土墙，每两个相邻钢板桩的开口朝向相反，钢板桩一和钢板桩四各通过一根固定细杆固定在所述模型槽的侧壁内，位于所述模型槽侧壁内的两根固定细杆的顶部各安装一个角度控制装置，钢板桩一与钢板桩二的锁扣结构扣合后所形成的扣槽内安装有一根可转动细杆，钢板桩二与钢板桩三的锁扣结构扣合后所形成的扣槽内安装有一根固定细杆，钢板桩三与钢板桩四的锁扣结构扣合后所形成的扣槽内安装有一根可转动细杆，每根可转动细杆均与所述模型槽转动连接，每根固定细杆均与所述模型槽固定连接；角度控制装置包括旋转盘和连接绳，旋转盘转动安装在固定细杆上，连接绳的一端连接在旋转盘的侧壁，另一端连接在距离该固定细杆最近的可转动细杆的顶部；土压力监测采集装置包括频率计和四个土压力传感器，每个钢板桩的挡土侧各安装一个土压力传感器，土压力传感器位于钢板桩的腹板中心处，四个土压力传感器均与频率计相连。 2.根据权利要求1所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述土压力测试装置还包括至少一组约束装置，每组约束装置均包括两个约束杆，每个约束装置的两个约束杆分别抵压在所述挡土墙的两侧，且每根约束杆的两端固定在所述模型槽的侧壁上。 3.根据权利要求1所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述旋转盘包括外环和内环；所述固定细杆的顶部依次穿过外环和内环，外环上设有多个对称布置的孔洞，每个孔洞中心至外环中心的距离相等，相邻孔洞中心与外环中心形成的夹角相同；内环的外径小于外环的外径，外环和内环固定连接，当旋转外环时，外环和内环同时转动，所述连接绳的一端固定在内环的侧壁。 4.根据权利要求3所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述旋转盘还包括插销和旋转手轮，所述模型槽的顶部设有插销孔；旋转手轮安装在外环上，插销能够依次插入所述孔洞和所述插销孔，对所述外环和所述内环进行定位。 5.根据权利要求1所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述模型槽采用透明有机玻璃制成。 6.根据权利要求3所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述外环上设有8个所述孔洞，相邻所述孔洞中心与所述外环中心形成的夹角为45°。 7.根据权利要求3所述的考虑中主应力影响的钢板桩挡墙土压力测试装置，其特征在于：所述内环与所述外环的外径比为1:3。 8.一种采用权利要求1所述的装置进行土压力测试的方法，其特征在于，所述方法包括： S1、组装所述土压力测试装置，在所述挡土墙安装了土压力传感器的侧面与所述模型槽形成的空间内填土，使土体与所述模型槽内壁及所述挡土墙充分接触； S2、用频率计读取所述挡土墙的每个土压力传感器的读数f0'，f0'为土压力传感器的初始频率，将每个土压力传感器的初始频率f0'分别带入公式(1)的fi，分别计算得出每个所述钢板桩受到的土压力P0，P0为钢板桩受到的初始静止土压力；其中，公式(1)中，P为钢板桩受到的土压力，f0为土压力传感器的出厂频率，K为率定系数，fi为频率计读取的土压力传感器的读数； S3、旋转所述旋转盘分别至θ1、θ2、θ3……θn，根据公式(2)，分别将θ1、θ2、θ3……θn带入公式(2)中的θ，得到所述旋转盘旋转至每个角度时，与所述连接绳连接的可转动细杆顶部的线位移S1，根据公式(3)计算得出钢板桩在中主应力方向的形变量S2，同时，所述旋转盘旋转至每个角度时，所述频率计均读取每个土压力传感器的读数f，并将每个土压力传感器的读数f分别带入公式(1)的fi，如此，计算得出旋转盘旋转至每个角度时，所对应的每个钢板桩受到的土压力P；其中，S1为与连接绳连接的可转动细杆顶部的线位移，为所述旋转盘的内环转动角位移对应的内环弧长，θ为所述旋转盘旋转所至的角度，r为所述内环的半径，S2为钢板桩在中主应力方向的形变量； S4、所述旋转盘旋转至每个角度时，对每个土压力传感器所在高程处的土体单元进行三维应力分析，其中σ1为第一主应力，即土体单元的竖向应力，σ1保持不变，根据公式(4)和公式(3)计算得出所述土体单元的中主应力的增量Δσ2，根据公式(5)计算得出所述土体单元的第三主应力的增量Δσ3； Δσ2＝E·S2 (4) Δσ3＝P-P0 (5) 其中，E为土体的弹性模量，对于被压缩的钢板桩所对应的土体单元，E取室内土压缩试验得出的土体压缩模量，对于被拉伸的钢板桩所对应的土体单元，E取室内土压缩试验得出的土体回弹模量，P为钢板桩受到的土压力，P0为钢板桩受到的初始静止土压力； S5、对于每个所述钢板桩，绘制所述旋转盘旋转至每个角度时，该钢板桩上的土压力传感器所在高程处的土体单元的Δσ2-Δσ3关系曲线。
所属类别：	发明专利